創新篇：在自主創新中提升主制造商核心能力

張焱

對于高端復雜的民機制造業來說，“核心技術是買不來的”這一鐵律顯得尤為明顯。而對于中國商飛這樣一個民機制造領域的“新來者”來說，能否掌握和突破關鍵技術，不僅是社會關注的焦點，也是企業生死存亡的關鍵。

如今，經過十年的艱苦探索，依托三大型號發展，中國商飛公司初步建立了多團隊協同、多專業融合、多技術集成的協同創新平臺，先后攻克108項關鍵技術，突破超臨界機翼、鈦合金3D打印等核心技術，掌握5類4級700多項專業技術，獲得近1000個項目專利，制定7000多項標準規范。十年來，持之以恒的技術創新，開創了中國民機產業發展的新局面。

核心研發能力的探索

自上而下的需求分解分配和自下而上的集成驗證是飛機研制的核心能力，對于這兩項工作的管理，也是ARP 4754A《民用飛機與系統研制指南》的核心，業界稱之為“雙V”管理流程。依托C919項目，中國商飛公司在我國民用飛機研發的歷史上第一次采用“雙V”需求管理的方式進行一款全新型號飛機的研制工作。

作為主制造商，中國商飛公司獨立自主構建了C919飛機全機功能架構和系統文件，飛機上的每一個功能定義，都是基于設計人員對市場和客戶需求的理解而形成的，這些需求驅動著設計研發的全過程。從這個角度來看，C919項目讓中國的商用飛機第一次走向正向設計。

在飛機級集成驗證能力的探索上，中國商飛公司也取得了可喜的進步。如今，在位于浦東張江的上海飛機設計研究院綜合試驗室大廳內，與C919真機外形差異不大的鐵鳥試驗臺仿佛是一只雄鷹，雙翅延展，振翅欲飛。而在鐵鳥試驗臺的旁邊，還有進行發電和配電等供電系統測試的“銅鳥”。

著眼全機集成、規劃整機驗證，中國商飛的項目研制團隊將航電、鐵鳥、電源三大試驗臺進行交聯，開展整機大系統集成的“三鳥聯合試驗”，在試驗室模擬真實飛機的全剖面飛行，取得了國內飛機集成試驗領域的重大突破，而“三鳥聯試”平臺也是我國第一個飛機級的系統集成試驗平臺。在C919項目的首飛和后續試驗中，中國商飛研制團隊可以通過該平臺進行全機機上功能綜合測試，并在地面全面檢查整機功能及交聯接口，為飛行安全提供有力保障。

在強度設計驗證方面，中國商飛突破了千萬級精細化有限元分析，成立了國內第一個專業有限元仿真室。航空領域中的飛機結構設計是有限元技術最早得到廣泛應用的工程領域。作為主要的民機強度計算方法，在應用之初由于受到計算機水平的限制，全機模型通常只能劃分為幾萬個單元，因而計算結果常常不盡如人意。2000年以后，國外逐步出現百萬級整機精細化有限元模型，而國內民機尚無使用先例。2012年，在C919大型客機項目的推動下，中國商飛開始策劃創建百萬級精細化有限元模型。

2013年，隨著第一個百萬級精細化模型的完成與成功應用，研制團隊有了一個更大膽的想法：創建一個千萬級有限元模型。經過幾年的技術攻關，C919全機精細有限元模型達到1800萬個節點、50萬個連接單元的規模，在國際上處于領先水平。

2014年，C919翼身組合體開始進行靜力試驗，精細化模型初露鋒芒：有限元仿真室創建的百萬級“細化模型”和千萬級“精細模型”的計算結果與試驗結果驚人地相似。2016年， C919全機靜力試驗按計劃展開，精細模型再一次技驚四座，精準的計算結果使得工程師們成功地預測了試驗樣機的高應變、高釘載以及可能的失穩區域。未來，隨著精細化有限元技術的進一步發展，將極大地提升飛機結構設計人員的分析能力，未來型號研制中物理試驗的數量有望大幅降低，試驗成功率亦將有明顯提高，從而大大節約試驗成本，縮短研制周期。

此外，中國商飛公司的項目研制團隊也在實踐中不斷摸索和完善飛機構型管理體系。在C919飛機的研發制造過程中，項目團隊提出并應用了多項先進的構型管理技術，如模塊化產品結構管理技術、多視圖管理技術、滾動基線管理技術、閉環更改控制技術、單機構型管控技術、全生命周期的數字化平臺技術等，保證構型管理可以對C919飛機的所有數據（包括更改信息）進行有效記錄，從而使飛機的整個研制活動處于可控范圍內，保證開發過程的完整性，最終生產出符合客戶要求、滿足適航規章的飛機產品。

關鍵裝配能力的自主攻關

飛機的總裝生產能力和效率也是主制造商最重要的核心能力之一。對于制造商來說，通用設備可以采購，但是裝配工藝與總裝集成能力卻是無法引進的，“關鍵工藝技術的自主攻關是公司發展的必經之路”已經是中國商飛研制團隊的共識。

經過十年的發展，中國商飛位于浦東祝橋的總裝制造中心，從一片荒蕪之地變成了一條條配備了先進生產設備的飛機生產線。在總裝生產車間里，C919大型客機的柔性裝配生產線已經投入使用，萬眾矚目的C919大型客機就是在這里誕生的。

如今，中國商飛的柔性裝配生產線已經實現了民機機體結構裝配工藝流程的數字化、自動化、智能化設計，集成研制了自動化鉆鉚設備、機身大部件自動調姿裝配系統、自動導引運輸系統（AGV）、柔性工裝等自動化/智能化裝備。C919大型客機平尾、中央翼、中機身、全機對接及總裝移動生產線已經投入使用，以自動化、數字化、智能化裝配及管理為特征的機體部裝、總裝車間已經初現雛形。

尤為值得一提的是，在進行總裝生產線規劃的同時，中國商飛還積極與民航局合作，不斷提升飛機總裝生產的規范化水平。如今，我國擁有了首套局方適航部門認可的民機工藝規范，其中詳細規定了裝配過程所采用的設備、工藝參數、過程控制方法、質量檢測方法、人員資質等要求，成為我國民機機體裝配的制造依據。

在國家大型飛機重大專項、“973計劃”、“863計劃”等項目支持下，中國商飛與上海交通大學、南京航空航天大學合作，開展了一系列機體裝配工藝方面的基礎研究和應用研究，部分成果達到國際領先水平。例如，飛機外殼的蒙皮厚度僅為2毫米，用手指摁一下就會變形。為了將這種柔性材料與剛性材料安全地結合在一起，科研團隊提出了剛柔混合結構裝配偏差分析方法，并開發出數字化裝配偏差仿真分析系統，有效降低了裝配誤差。

由于C919大量采用復合材料和鋁鋰合金等新型輕質材料，給制孔工藝帶來了很大挑戰。為此，中國商飛上飛公司的生產團隊建立了復合材料制孔質量穩定性控制體系，并提出無墊板支撐制孔方法，研制出新型偏心螺旋銑孔裝置。經過質量管理和技術創新“雙管齊下”，C919的制孔合格率達到了世界先進水平。

此外，在大尺寸零件噴丸成形工藝上，中國商飛公司的研制團隊也取得了突破。由于噴丸工藝具有工裝簡單、生產周期短、改善疲勞品質等特點，研制團隊通過技術攻關，在機翼上下壁板、前后梁、重要接頭、機身蒙皮開口區等部位采用噴丸工藝。其中，單塊壁板展向最大長度16.6m，寬度2m，最大厚度20mm?？梢哉f，在項目的帶動下，中國民機產業的總裝制造能力在十年內邁上了新臺階。

新材料的研究和應用

一代材料，一代飛機。在航空史上，材料的變革推動飛機制造水平的不斷進步。如今，在C919、CR929項目的帶動下，中國商飛公司在新材料的使用上有了重大突破。

如果把飛機設計研發的全過程比作一個金字塔，那么材料設計在整個環節中，尤其是結構強度設計環節中就處于第一層或第二層的基礎位置。材料設計要通過大量的基礎性研發試驗，為整個結構設計和強度校核給出許用值。

在C919研發過程中，項目研制團隊遇到了很大的挑戰。在C919項目之前，我國在民機材料方面缺乏一套規范的體系，通過C919這個型號，中國商飛探索建立了自己的材料規范體系，并且該體系得到國內外主流材料供應商的支持、配合和認同。

為了建立起一套自己的材料規范體系，中國商飛的研制團隊需要完成大量的試驗驗證。眾所周知，材料試驗非?，嵥?，但要求卻十分嚴格。舉個例子，光第一階段的復合材料許用值工作就涉及21000多項試驗件的制造和試驗，每個試驗件尺寸的測試值超過20處，可以想象制造的精細程度有多高，試驗件檢測的工作量有多大。而這僅僅是許用值工作的起步階段，未來還有更多的工作要完成。

在C919大型客機中，復合材料、鋁鋰合金材料、鈦合金材料等先進材料都得到了應用。在C919飛機上，尾翼主盒段和后機身前段使用了先進的第三代中模高強碳纖維復合材料，主承力結構、高溫區、增壓區使用復合材料在國內民用飛機研制中也屬首次。更重要的是，通過大量的驗證試驗，中國商飛初步建立了具有自主知識產權的先進材料和特種材料規范體系、設計許用值體系和制造工藝規范體系，實現了高標準的生產過程控制。

在鈦合金的使用上，中國商飛與供應商中航工業洪都一起，用近三年時間開展材料性能測試工作，先后完成2500多件試驗件測試，先后攻克鋁鋰合金蒙皮噴丸強化、鋁鋰合金型材滾彎成形制造、蒙皮鏡像銑切加工、鋁鋰合金型材熱壓下陷制造、鋁鋰合金蒙皮噴丸校形等關鍵技術。

此外，中國商飛還聯合西北工業大學、北京航空航天大學等國內知名高校，開展3D打印技術研究，并將鈦合金3D打印件成功應用于C919艙門復雜件。其力學性能明顯高于原有鑄件，且有效縮短了零件交付周期，快速響應數模優化更改。與此同時，中國商飛還建立了鈦合金3D打印專用原材料及產品規范，有效保證了產品的性能要求。